供气系统、气缸、往复活塞式内燃机及其操作方法_3

文档序号:9806570阅读:来源:国知局
化将燃料气体引入气缸中的过程,所述进气喷嘴还可具有多个喷嘴开口。
[0041 ] 两个喷嘴开口还可以不同地排列,使得所述燃料气体能够按两个不同的注射角引入所述燃烧空间中,由此,例如,可实现燃烧空间中的更好分布。
[0042]或者,替代地或同时地,两个喷嘴开口可被不同地设计,使得所述燃料气体能够通过所述两个喷嘴开口以两个不同的注射量和/或以两个不同的流动速度和/或以两个不同的喷射几何形状引入所述燃烧空间中。
[0043]此外,本发明涉及一种具有以上详细描述的供气系统的直流扫气大型二冲程柴油机的气缸,特别是,气缸套,其中,所述供气系统特别优选地设置在所述气缸中的处于所述往复活塞式内燃机的活塞的上止点和下止点之间的区域中,具体地,所述区域为所述气缸的远离所述上止点达所述上止点和所述下止点之间的间距的20%至80%、优选地45%至65%、特别优选地50%至60%的区域。S卩,已发现,由此可实现燃料气体与扫气空气甚至更理想的混合。由此,还可以避免燃料气体被注射到仍然在气缸套中的热排气中,由此燃料气体可提早点燃,像现有技术中供气系统位于与气缸套处的上止点毗邻的位置的情况一样。
[0044]此外,本发明涉及具有上述供气系统的往复活塞式内燃机,其中,所述往复活塞式内燃机特别优选地是双燃料发动机,所述双燃料发动机用于燃烧所述燃料气体并且替代地用于燃烧其他燃料,特别地,用于燃烧柴油或重油。
[0045]在另一个实施方式中,按照本发明的往复活塞式内燃机也可自然地是可只燃料气体(也就是说,没有其他燃料)的纯气体发动机。
[0046]本发明尤其是还涉及一种操作具有按照本发明的供气系统的往复活塞式内燃机的方法,其中,如已经描述的,在操作状态下检测所述供气系统的故障,禁止将所述燃料气体供应到所述供气系统,以及优选地自动地切换所述往复活塞式内燃机并且特别优选地自动地切换至用诸如柴油或重油的替代燃料进行的操作。
【附图说明】
[0047]将在下文中参照示意图更详细地说明本发明。示出了:
[0048]图1具有进气阀和进气喷嘴的按照本发明的供气系统的特别优选的实施方式。
【具体实施方式】
[0049]图1在用于说明不同组件相互作用的示意图中示出了位于往复活塞式内燃机的气缸套处的、按照本发明的供气系统的基本设计,往复活塞式内燃机在这里被举例地指定为具有直流扫气的大型二冲程柴油机,但出于清晰起见没有更详细地示出该大型二冲程柴油机,这是因为直流扫气大型二冲程柴油机的基本设计是技术人员十分熟悉的。在下文中,将用参考标号I整体地表示按照本发明的供气系统。
[0050]安装在直流扫气大型二冲程柴油机中的根据图1的按照本发明的供气系统I的【具体实施方式】包括具有进气喷嘴3的进气阀2,进气喷嘴3被设计并且布置在往复活塞式内燃机的气缸4的气缸壁41中,使得被作为燃料提供的燃料气体5可通过供气系统I的安装状态下的进气喷嘴3被供应到气缸4的燃烧空间42 (没有更详细地示出)。在这个方面,进气阀2包括布置在阀外壳21中的压力空间22,燃料气体5可经由气体供应件23提供在压力空间22中,以在操作状态下存储并且供应到进气喷嘴3中。
[0051]在压力空间22本身中或者在压力空间22的区域中,设置阀体6,阀体6具有布置在阀轴61上的阀盘62并且具有阀座63,阀座63在阀体6的闭合状态下与阀盘62密封地配合,使得禁止将燃料气体5从压力空间22供应到进气喷嘴3中。
[0052]出于此目的,可通过与阀轴61操作连接的阀驱动器7将阀盘62抬离阀座63,使得燃料气体5可在阀体6的打开状态下从压力空间22经过阀盘62供应到进气喷嘴3。
[0053]按照本发明,进气喷嘴3以可拆卸的方式连接到进气阀2并且以可更换的方式连接到气缸壁41,其中,进气喷嘴3的喷嘴轴线D布置成相对于进气阀2的阀轴线V成预定角度α,使得在供气系统I的操作和安装状态下燃料气体5能够相对于径向方向R和/或相对于气缸4的轴向方向A以不等于零的预定角度被注射到气缸4的燃烧空间42中。
[0054]在这个方面,该角度被称为相对于径向方向的注射角β,注射角β是进气喷嘴3的喷嘴轴线D和进气阀2的阀轴线V之间的角度α的补角,也就是说,注射角β和喷嘴轴线D和阀轴线V之间的角度α彼此互补,形成180° ;因此得到β =180° -α。注射角β优选地等于在10度和80度之间,特别优选地,10度和35度之间;注射角具体地大致是22.5 度。
[0055]相对于轴向方向,注射角β优选地是90°,也就是说,燃料气体5优选地垂直于轴向方向A注射,也就是说,在图1的图平面内或者与活塞表面平行地注射。
[0056]在这个方面,相对简单的进气喷嘴3只具有一个喷嘴开口 31。然而,在另一个【具体实施方式】中,进气喷嘴3可事实上还具有多个喷嘴开口 31,其中,例如,两个喷嘴开口 31可不同地排列,使得燃料气体5能够按两个不同的注射角引入燃烧空间42中,和/或其中,两个喷嘴开口 31还能够或同时能够被不同地构造,使得燃料气体5能够通过两个喷嘴开口 31以两个不同的注射量和/或以两个不同的速度和/或以两个不同的喷射几何形状引入燃烧空间42中。
[0057]此外,实际上,可设置用于监测流入燃烧空间42中的燃料气体和用于确定阀体6的位置的未在图1中明确示出的监测系统,所述监测系统特别优选地是路径传感器,特别地,电或电磁路径传感器(具体地,电感、电容或光学路径传感器)。所述监测系统与监测单元进行信号通信,使得操作状态下阀体6的位置可由所述监测单元检测并且可依赖往复活塞式内燃机的曲轴转角和/或依赖于往复活塞式内燃机的换气阀的位置,自动地禁止将燃料气体供应到进气喷嘴3。
[0058]在按照图1的实施方式中,用于驱动阀轴61的阀驱动器7是液压阀驱动器7,液压阀驱动器7的功能和操作通常是技术人员熟悉的。为了闭合阀体6,设置逆着阀驱动器7起作用的复位装置8,复位装置8呈复位弹簧81的形式。
[0059]阀轴61在轴外壳9的引导孔91中被引导,其中,液压油10可在密封压力PA下作用于引导孔91,所述密封压力PA此时高于压力空间22中的燃料气体5的燃料气体压力BG,使得能够基本上防止燃料气体5渗入引导孔91中。
[0060]按照本发明的供气系统优选地被构造为低压气体系统。这意味着,燃料气体5注射到气缸4的燃烧空间42中的注射压力最大是100巴(1MPa)。该注射压力优选地最大是50巴(5MPa)并且特别优选地最大是20巴(2MPa)。气体压力(即,燃料气体注射到气缸中的压力)在内燃机操作期间通常不是恒定的,但可依赖于例如内燃机的负荷或旋转速度而稍微变化。
[0061]对于按照本发明的供气系统或者对于按照本发明的气缸,在优选的实施方式中,寻求燃料气体5注射到燃烧空间42中的尽可能小的气体压力。燃料气体5的最大注射压力因此可例如也只是15巴或甚至更小。
[0062]尽可能小的燃料气体5的注射压力自然地在安全方面提供大优点。另外,整个供气系统仅仅必须被构造用于这种相当小的操作压力,这种相当小的操作压力对于系统密封而言,对于例如出现在阀座63的力而言,另外对于阀驱动器7的构造而言以及对于导气管路或其连接件的压力负荷而言是特别有利的。也不需要专门的高压压缩器(在高压系统的情况下必须用所述高压压缩器将燃料气体5压缩至例如350巴或甚至更高的操作压力),这在经济和成本方面也是有利的。
[0063]特别地,相对于尽可能小的燃料气体5的注射压力,因此,如果进气阀2和进气喷嘴3布置在气缸壁41中或气缸套中并且与活塞移动的上止点(top dead center)相距尽可能大的间隔,则是特别优选的。即,由此可实现气缸中的压缩压力仍然相对小(必须向着气缸注射燃料气体5)。当活塞在直流扫气大型二冲程柴油机中向下移动时释放扫气空气狭缝时,扫气空气开始流入气缸中。这个过程长时间地发生,直到活塞在其随后向上移动时再次完全闭合扫气空气狭缝为止。只有当换气阀(这里,排气阀)闭合并完全闭合时一通常在扫气空气狭缝闭合之后一由于活塞向上移动,导致气缸中的压缩空气开始升高,直到它达到其最大值,例如,当活塞处于上止点时。
[0064]因此,优选地,当气缸中的还没有
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